材料的強(qiáng)化與處理課件

第2章材料的強(qiáng)化與處理重點(diǎn)：退火、正火、淬火、回火、表面熱處理的目的、工藝及應(yīng)用難點(diǎn)：奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變規(guī)律及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物；

熱處理：將固態(tài)金屬或合金加熱、保溫、冷卻，改變其內(nèi)部組織，從而獲得所要求的性能的工藝臨界點(diǎn)溫度溫度時(shí)間加熱保溫冷卻熱處理工藝曲線2.1鋼的熱處理

熱處理普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理加熱時(shí)Ac1、Ac3、Accm

1．加熱溫度的確定

溫度C%FeFe3CLAL+AL+Fe3CADECFPSKGQA1A3AcmAc1AccmAc3冷卻時(shí)Ar1、Ar3、ArcmAr1ArcmAr32、奧氏體化過程Ac1AccmAc3奧氏體的冷卻方式：1、等溫冷卻2、連續(xù)冷卻2.1.2鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1、奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立（金相硬度法）

1）制試樣101.5mm2）將試樣奧氏體化3）將試樣分成幾組，每組投入不同溫度的鹽浴中等溫以共析鋼為例4）每隔一定時(shí)間，從每組中取一試塊投入水中，測硬度，觀察組織，即知道轉(zhuǎn)變開始時(shí)間和轉(zhuǎn)變終了時(shí)間6）將意義相同的點(diǎn)連接成線5）將各轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)標(biāo)在溫度—時(shí)間坐標(biāo)圖中溫度時(shí)間A1MsMfC曲線分析1）線2)區(qū)3)孕育期550C溫度時(shí)間A1MsMf

4)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

A1-650C,A粗珠光體PHRC15

650C-600C,A索氏體SHRC30600C-550C,A屈氏體THRC40(1)高溫轉(zhuǎn)變(A1—550C)溫度時(shí)間A1MsMf(a)珠光體3800×

(b)索氏體8000×(c)屈氏體8000×珠光體型組織

550C-350C,AB上

HRC45350C-Ms,AB下

HRC55B下性能：良好綜合力學(xué)性能B上性能：強(qiáng)度和韌性差影響C曲線的因素

亞共析鋼：CC曲線右移過共析鋼：CC曲線左移2）合金元素除Co以外，其他合金元素溶入奧氏體中均使C曲線右移1）含碳量2、奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變PsPfPs：AP開始線

Pf：AP終了線（1）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線溫度時(shí)間A1MsMfV1V2（2）用C曲線近似分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變V1相當(dāng)于隨爐冷卻（退火），它與C曲線交于700~650C溫度范圍，估計(jì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織；V2相當(dāng)于空冷（正火），它與C曲線交于650~600C，估計(jì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)珠光體；V3得到的組織是極細(xì)珠光體；V4先與珠光體轉(zhuǎn)變開始線相割，隨后又與Ms相交，冷卻到室溫得到的組織是極細(xì)珠光體、馬氏體、殘余奧氏體；V5不與C曲線相交，奧氏體直接過冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；Vcr為將奧氏體全部過冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度，為臨界冷卻速度晶體結(jié)構(gòu)：C<0.25%,體心立方晶格C>0.25%,體心正方晶格

形態(tài):板條狀馬氏體（低碳馬氏體）片狀馬氏體（高碳馬氏體）（3）過冷奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變馬氏體——碳在-Fe中的過飽和固溶體

性能：低碳馬氏體：良好綜合力學(xué)性能高碳馬氏體：硬度、強(qiáng)度高、脆性大熱處理工藝預(yù)備熱處理：消除熱加工缺陷，為以后的冷加工和最終熱處理作準(zhǔn)備最終熱處理：使工件獲得使用性能的熱處理2.1.3鋼的普通熱處理

工藝：Ac3+30-50C，保溫，爐冷

①完全退火Ac1Ac3組織：F+P目的：1）細(xì)化晶粒2）消除內(nèi)應(yīng)力3）降低硬度，改善切削加工性②等溫退火等溫退火的加熱工藝與完全退火相同。但鋼經(jīng)奧氏體化后，等溫退火以較快速度冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度，等溫一定時(shí)間，使奧氏體在等溫中發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，然后又以較快速度（一般為空冷）冷至室溫

⑤去應(yīng)力退火工藝：加熱至500-600C，保溫，爐冷目的：消除內(nèi)應(yīng)力組織：原有組織（2）正火正火：將工件加熱至Ac3或Accm以上30~50C，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的一種熱處理工藝

Ac1AccmAc3

目的：細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；消除熱加工組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力；調(diào)整硬度，改善切削加工性?！慊穑?/p>

將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30~50C，保溫后快速冷卻的一種熱處理工藝

2．鋼的淬火與回火（1）淬火

▲目的：獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能

Ac1Ac3

1）淬火溫度的選擇

過共析鋼:Ac1+30-50C亞共析鋼:Ac3+30-50C共析鋼:Ac1+30-50C2）淬火的冷卻淬火介質(zhì)水、鹽（堿）的水溶液——冷卻能力強(qiáng)，易得到M，易變形和開裂，用于碳鋼淬火油——冷卻能力弱，減少變形和開裂，不易淬透，用于合金鋼、碳鋼小零件淬火3）淬火時(shí)的內(nèi)應(yīng)力

熱應(yīng)力組織應(yīng)力▼單液淬火：將鋼奧氏體化后放在一種介質(zhì)中冷卻到室溫4）常用淬火方法特點(diǎn)：操作簡單；易產(chǎn)生淬火缺陷

應(yīng)用：碳鋼用水淬合金鋼油淬▼雙液淬火：將鋼奧氏體化后先放在一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷至接近Ms然后立即轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷至室溫特點(diǎn)：操作復(fù)雜；降低了淬火應(yīng)力應(yīng)用：形狀復(fù)雜的碳鋼件，如工具、模具▼分級淬火法：將鋼奧氏體化后，迅速置于溫度稍高于Ms的鹽浴或堿浴中，并稍加停留，使鋼件內(nèi)外溫度一致，再取出空冷，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體特點(diǎn)：進(jìn)一步減小了內(nèi)應(yīng)力，減小了變形

應(yīng)用：形狀復(fù)雜的小工件，如刀具

▼等溫淬火：將鋼奧氏體化后先放入溫度接近Ms的鹽浴或堿浴中等溫足夠長時(shí)間，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w然后再空冷至室溫特點(diǎn)：明顯降低了內(nèi)應(yīng)力，減小了變形；不必再進(jìn)行回火；時(shí)間長，效率低應(yīng)用：形狀復(fù)雜、尺寸精確的小工件，如彈簧、小齒輪、工具、模具鋼的淬透性：鋼在一定條件下淬火時(shí)，獲得淬硬層深度的能力5）鋼的淬透性影響淬透性的因素：2）合金元素：除Co以外，其他合金元素溶入奧氏體中均使鋼的淬透性提高1）含碳量：含碳量越接近共析成分，淬透性越好回火目的：（2）回火回火temper：將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，空冷或油冷到室溫3）穩(wěn)定工件尺寸2）消除淬火應(yīng)力，防止工件的變形、開裂1）降低脆性，提高塑性

1）低溫回火（150-250C）

回火的分類：應(yīng)用：工具、模具、滾動軸承目的：降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，保留高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性

2）中溫回火（350-500C）目的：提高鋼的彈性、韌性，消除內(nèi)應(yīng)力和脆性應(yīng)用：彈簧、高強(qiáng)度件3）高溫回火（500-650C）

調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火應(yīng)用：重要零件如軸、齒輪目的：獲得良好的綜合力學(xué)性能2.1.4表面熱處理——僅對鋼的表面加熱和冷卻而不改變鋼表層化學(xué)成分的熱處理工藝稱為表面淬火

1、表面淬火特點(diǎn)：只有表層得到了馬氏體，心部組織不變表層具有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，心部具有好的塑性、韌性加熱方法：1、火焰加熱（淬硬層2-8mm）2、感應(yīng)加熱（淬硬層0.5-20mm）高頻感應(yīng)加熱（200-300kHz）：中頻感應(yīng)加熱(2500-3000Hz)：工頻感應(yīng)加熱(50kHz)：

2、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：將鋼件置于一定介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，改變表層的化學(xué)成分和組織，從而使工件表層具有某些特殊的力學(xué)或物理、化學(xué)性能的一種熱處理工藝特點(diǎn)：改變表層化學(xué)成分和組織，心部不變；使表層具有高的硬度、耐磨性、耐蝕性等特殊性能，心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性化學(xué)熱處理——滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲等目的：使工件表層具有高的硬度、耐磨性，心部保持一定的強(qiáng)度和韌性

材料：低碳鋼、低碳合金鋼后續(xù)熱處理：淬火+低溫回火滲層厚度：0.5-2.5mm應(yīng)用：承受沖擊載荷、交變載荷及嚴(yán)重磨損的零件，如傳動齒輪、套筒、活塞銷滲碳目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性等

材料：中碳合金鋼35CrAlA,38CrMoAlA,38CrWVAlA

滲層厚度：0.6-0.7mm應(yīng)用：耐磨性、精度均要求很高的零件，如精密傳動齒輪、鏜床主軸、活塞銷；交變載荷下的零件，如高速柴油機(jī)曲軸；變形小、耐蝕的耐磨件，如閥門、熱作模具滲氮目的：提高工件表層的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度等

應(yīng)用：汽車和機(jī)床齒輪、蝸輪、蝸桿、軸碳氮共滲4.1.5熱處理新技術(shù)簡介1．真空熱處理2．可控氣氛熱處理3．激光熱處理和電子束表面淬火4．形變熱處理2.2工程材料的表面處理方法

2.2.1氣相沉積氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過程在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層，使工件表面性能優(yōu)化的一種新技術(shù)。按照過程的本質(zhì)，可將氣相沉積分為兩大類：一類是化學(xué)氣相沉積，簡稱CVD法；另一類是物理氣相沉積，簡稱PVD法。1．化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)工件表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的過程。常見的碳化鈦沉積的化學(xué)反應(yīng)為：TiCl+CH→TiC↓+4HCl↑TiCl+C→TiC↓+2Cl↑2．物理氣相沉積物理氣相沉積是用物理方法將源物質(zhì)轉(zhuǎn)移到氣相中，在基體上形成覆蓋層的方法。物理氣相沉積主要有真空濺射、離子鍍和離子濺射三種方法圖2.18為離子鍍原理示意圖2.2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)就是通過化學(xué)或電化學(xué)處理，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層，以達(dá)到防腐或兼有裝飾目的